觸覺感知是智能體與外界環境交互的重要方式。傳統的壓力傳感器通常由剛性材料制成，限制了其在柔性觸點或可穿戴設備中的應用。近年來，觸覺傳感器不斷取得突破，實現了對力、溫度、濕度等多物理量的集成感知，并在高靈敏度和高延展性方面不斷取得新進展，為人體活動監測、個人醫療、人機交互及電子皮膚等領域開辟了廣闊的應用前景。
據麥姆斯咨詢報道，針對該領域研究，貴州大學、美國南卡羅萊納州立大學的研究團隊在《傳感技術學報》期刊上發表了題為“柔性觸覺傳感器智能感知技術與應用研究進展”的綜述文章，對壓阻式、電容式、壓電式和摩擦電式觸覺傳感器的基本原理進行了梳理，分析了柔性觸覺傳感器在人體活動監測、個人醫療、人機交互和電子皮膚應用場景中的研究現狀，指出柔性觸覺傳感器研究過程中所面臨的挑戰，并對未來發展趨勢進行了展望。
觸覺傳感器分類
觸覺傳感器是一種檢測外界機械刺激（應變、壓力和振動等），并發送電信號的裝置。信號不僅能顯示被觸摸物體與設備間力的作用，還提供了物體的幾何形狀、紋理和位置信息。柔性觸覺傳感器的傳感機制主要包括壓阻效應、電容效應、壓電效應和摩擦電效應。此外，光學和共振觸覺傳感也被用于觸覺感知。
在現有觸覺傳感技術中，壓阻式、電容式、壓電式和摩擦電式傳感器應用較為廣泛。在應用選擇上，電容式和壓阻式傳感器因穩定性好、成本較低，適用范圍更廣。電容式觸覺傳感器還具備無源無線的優點，借助電感－電容諧振電路的設計，可適用于密閉空間或生物體內植入等特殊場景。而在某些惡劣環境或需長期工作的場合，具有自供電能力的壓電式和摩擦電式傳感器則更具優勢，它們能夠在野外或人體內部持續監測信號，顯著降低電源更換與維護成本。
圖1 壓阻式觸覺傳感器示意圖及應用
圖2 電容式觸覺傳感器示意圖及應用
圖3 壓電式觸覺傳感器示意圖及應用
圖4 摩擦電式觸覺傳感器示意圖及應用
新型柔性觸覺傳感器應用研究現狀
皮膚是人體最大的器官，能夠感知壓力、溫度和其它復雜環境刺激。開發具備類似人類皮膚觸覺感知能力的傳感器，是一項極具挑戰性的任務。理想的人工皮膚應具備高靈敏度、快速響應、良好耐久性以及高空間分辨率，并能夠實現壓力、滑移、溫度、振動等多模態感知能力。利用電子技術模擬人類皮膚的感知功能，已成為可穿戴設備、假肢技術、健康監測和智能機器人等領域的重要研究方向，對推動柔性觸覺傳感器的發展具有深遠意義。
隨著柔性電子技術和納米技術的進步，目前已有可能開發出性能優異、結構簡單、重量輕、成本低且適于規模化生產的可伸縮觸覺傳感器。特別是在構建超薄、柔軟、類皮膚或類紡織品的可穿戴觸覺傳感器方面，技術已取得顯著突破。將傳統觸覺傳感器與人工智能算法相結合，實現智能感知技術，不僅能夠增強系統對環境的感知能力，還能精確測量和解讀與人體活動相關的參數，從而顯著改善用戶體驗并推動人機交互的發展。
圖5 觸覺傳感器的人體活動監測應用
圖6 觸覺傳感器在個人健康評估的應用
圖7 面向人機交互（HMI）的柔性觸覺傳感器
圖8 柔性電子皮膚
挑戰與展望
得益于電子產業與人工智能技術的迅速發展，柔性觸覺傳感器已被廣泛應用于智能機器人、可穿戴電子設備、個人醫療健康以及人機交互等領域，并實現快速進步。然而，其在性能提升方面仍面臨諸多挑戰，主要包括：傳感器柔性不足、功耗偏高、系統集成度不高、多模態感知能力有限、陣列結構設計待優化、大規模觸覺數據采集困難，以及基于觸覺信息的物體識別算法尚不成熟等問題，亟待進一步研究與突破。
通過持續優化現有技術并融合深度學習方法，柔性觸覺傳感器有望拓展更多潛在應用，成為未來電子產品中不可或缺的核心部件。結合當前發展趨勢，后續研究可從以下六個方面重點推進：
（1）提升傳感器柔性：為兼顧柔性器件的使用壽命與機械性能，應著力開發兼具柔性與韌性的新型電極材料，并探索創新的器件結構設計。
（2）發展自供電技術：為增強可穿戴設備的便攜性和續航能力，除進一步降低功耗外，引入高效的自供電器件也是解決能源問題的關鍵路徑。
（3）推進大面積制造工藝：超靈敏、可拉伸的柔性壓力傳感器雖然是可穿戴設備的理想選擇，但傳統制造工藝面臨成本高、效率低等局限，未來需要推廣3D打印、新型印刷等技術，以實現低成本、規模化生產。
（4）加強系統集成能力：為拓展可穿戴觸覺傳感器的功能與性能，需要推動物理傳感器與化學、生物傳感器的融合，并集成數據處理、儲能模塊及柔性發電機等組件。高度集成的可穿戴系統將成為人體活動監測與個人健康管理的重要發展方向。
（5）拓展VR/AR觸覺感知應用：當前VR/AR及元宇宙系統主要依賴視聽體驗，難以實現完全沉浸感。通過集成觸覺反饋與傳感功能，可使用戶在虛擬交互中感知力反饋與表面紋理，從而提升沉浸感。
（6）融合觸覺感知與腦機接口：開發適用于觸覺感知的腦機接口設備，有助于使用者從真實環境中獲取更精準的觸覺信息，拓展觸覺技術在特殊場景中的應用范圍。
論文信息：
DOI: 10.3969/j.issn.1004-1699.2025.01.001
